聚乳酸纖維的低溫染色工藝

孫紅玉 ，閆英山 ，賈榮霞 ，于 琦 ，薛建成，時靜媛 ，趙 倩

（1.山東省短流程印染新技術重點實驗室，山東濱州 256600；2.濱州華紡工程技術研究院有限公司，山東濱州 256600；3.華紡股份有限公司國家級企業技術中心，山東濱州 256617）

聚乳酸纖維（PLA纖維）是以玉米、小麥等淀粉為原料，經發酵轉化成乳酸，再經聚合、紡絲而制成的合成纖維，屬于完全降解型綠色纖維，在環境中可被微生物分解［1］，是新世紀具有發展前景的紡織材料。聚乳酸纖維因優越的性能被廣泛應用于紡織服裝領域，可被織成各種紡織品。但聚乳酸纖維對溫度及堿很敏感，如染色溫度超過110℃，聚乳酸纖維手感明顯變硬，降強嚴重；染色過程中加入強堿，會使聚乳酸降解［2］。為此，聚乳酸纖維整個染整過程的溫度等工藝條件必須控制適當，只可在110℃下染色；但聚乳酸纖維是聚合體的一種，需用分散染料染色。現在，聚乳酸纖維的染色工藝大多控制在染淺色100℃，中深色110℃左右，染色時間40～60 min，可以獲得較理想的染色深度。

本實驗采用卷染機前處理，無需定形，約克夏染料溢流染色，在染色溫度95℃、染色時間30 min時染料即可達到理想的染色深度，并且色牢度滿足指標要求，耐皂洗色牢度基本能達到4級左右。

1 實驗

1.1 材料

織物：PLA纖維，75D×85D，136×86。染料：約克夏紅、約克夏橙、約克夏黃、約克夏藍、約克夏黑。

1.2 實驗流程

坯布→卷染機前處理（90℃×20 min）→冷水洗→熱水洗（95℃×10 min）→溫水洗（65℃×15 min）→冷水洗→烘干→溢流機染色（95℃×30 min）→水洗→還原清洗（60℃×15 min）→皂洗→水洗→烘干。

2 結果與討論

2.1 前處理

聚乳酸纖維前處理主要是去除纖維上的油劑與漿料。固定除油劑106BA 2 g，精練劑JL8 6 g/L，90℃處理20 min，堿用量對聚乳酸纖維的影響見表1。

表1 前處理工藝中堿種類和用量對聚乳酸纖維的影響

由表1可知，前處理工藝使用燒堿時，纖維斷裂強力較差，且隨著燒堿用量的增加，布面柔軟程度有所下降；使用純堿時，纖維斷裂強力較好。綜合斷裂強力及布面情況，前處理選用純堿，用量為10 g/L。

2.2 染色工藝

2.2.1 染料的選擇

由表2、3可以看出，在染料用量相同、染色工藝相同的條件下，低溫型染料對聚乳酸纖維的得色量更高。因此，實驗選擇約克夏低溫型分散染料。

表2 低溫型與中溫型、高溫型染料的染色工藝

表3 約克夏藍與拼色藍染色效果的對比

2.2.2 染色溫度的選擇

探討不同染色溫度對聚乳酸纖維染色效果的影響。聚乳酸纖維的玻璃化溫度（Tg）為55～65℃，溫度高于玻璃化溫度時，纖維的結晶區打開，染液才能夠進入纖維內部；聚乳酸纖維不耐高溫，在溫度達到130℃時纖維會發生熔融現象，因此實驗溫度選擇75～125℃。約克夏藍不同溫度染色效果的對比見表4。

表4 約克夏藍不同溫度染色效果對比

由表4可以看出，在80～110℃對聚乳酸纖維進行染色時，隨著溫度的升高，分散染料對聚乳酸纖維的上染率提高，溫度達到110℃時，上染率最高；95～110℃時，力份較高。由于聚乳酸纖維不耐熱，溫度不僅影響染料的上染，還會影響纖維的其他性能［3］，如手感、斷裂強力等。綜合能源消耗和聚乳酸纖維的手感、斷裂強力等因素，實驗選擇染色溫度為95℃。

2.2.3 染色時間的選擇

上染時間長短對聚乳酸纖維的染色尤為重要，上染時間短，染料上染不充分，上染率低；上染時間長，容易造成聚乳酸纖維水解。因此，選擇合適的染色時間，對于提高纖維的染色質量和確保纖維性能具有重要意義。對聚乳酸纖維的染色時間進行優化，具體見表5。

表5 約克夏藍不同時間染色效果對比

由表5可以看出，在染色時間為30～50 min時，得色量達到較高值。綜合能耗及效率因素，染色時間選擇30 min。

2.2.4 染色pH及升溫速率的選擇

聚乳酸纖維的染色在偏酸性條件下進行，不僅有利于纖維的染色，而且能夠減少對纖維的損傷。染液選擇醋酸用量0.4 g/L，調節pH為5。由于分散染料對聚乳酸纖維的勻染性略差，升溫速率應緩慢，以1℃/min為宜。

2.3 還原清洗

染色完成后，需通過堿性還原清洗來去除聚集在纖維表面上的分散染料，從而提高染色織物的色牢度。由于聚乳酸纖維的不耐堿性，因此選用堿性相對溫和的純堿作為堿劑［4］。聚乳酸纖維的Tg為55～65℃，還原清洗溫度高于玻璃化溫度時，纖維結晶區打開，自由體積增大，水和堿劑更容易進入纖維內部，導致被還原清洗的染料增多。因此，還原清洗優化工藝為：純堿2 g/L，保險粉2 g/L，60℃清洗15 min。

2.4 物理指標

聚乳酸纖維染色工藝為：染料用量1.0%～6.9%（omf），浴比1∶50，pH 5，95 ℃染色30 min，測試纖維的色牢度，結果如表6所示。由表6可以看出，用分散染料染色的聚乳酸纖維具有優異的耐皂洗色牢度，染料拼色工藝的耐皂洗色牢度較好。

表6 約克夏染料染色聚乳酸纖維的耐皂洗色牢度

3 結論

影響聚乳酸纖維染色的因素有很多，如聚乳酸纖維不耐高溫，易水解等，以致染色過程中易受染色溫度、pH、染色時間等的影響。對現有聚乳酸纖維染色工藝進一步優化，結果表明，優化染色工藝為：染色溫度95℃、染色時間30 min，均低于現有聚乳酸纖維染色工藝；在保證染色深度的前提下，耐皂洗色牢度符合應用要求。